CN111474483A - 一种电池内阻成分组成的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池设计领域，具体涉及一种电池内阻成分组成的测试方法。以设定速率控制拉载电流变化,对被测品进行控速拉载；实时采集被测品正负极之间动态拉载过程电压值(采样周期小于1us)，并绘制拉载过程电压动态变化曲线；根据电池不同内阻成因在拉载曲线各个阶段的特性，剥离并计算出各个特性内阻的参数状态，并以此参数来指导和调整电池的设计、整改方案。本发明采用脉冲放电测试法，测得电池具体的同步欧姆内阻，反应内阻，扩散内阻以及放电完成后的荷电状态内阻，以识别电池的实际内阻状态，更全面，准确地识别产线电池的问题，指导电池的设计改进和升级。
Description
技术领域
本发明涉及电池设计领域，具体涉及一种电池内阻成分组成的测试方法。
背景技术
电池内阻是衡量电池品质的重要参数之一，电池内阻受多种因素的影响，按状态类型主要包括同步欧姆内阻、反应内阻和扩散内阻；电池的内阻受材料、电解液、尺寸、结构、电化学反应以及环境等因素的影响，决定着电池的输出能力。电池内阻组成成分的测量可识别实际生产中电池的性能问题，可指导设计者按照正确的方向设计、改进和验证电池。
目前电池测试领域常用的内阻测试方法有两种：交流内阻测试法和直流内阻测试法。交流内阻测试法测试通过输出1kHz交流恒流源，利用电容器隔直通交的特性以及欧姆定律，测得电池的静态内阻即欧姆内阻。直流内阻测试法通过对电池进行放电，测试几秒钟甚至更长时间段的初始电压和终止电压的压差以及放电电流差，测试结果为欧姆内阻和电化学内阻的总和，无法反映出电池内阻的组成成分及其具体量值。
交流内阻测试法测试的结果为电池的欧姆内阻，无法测得电池的反应内阻和扩散内阻；直流内阻测试法的测试结果为欧姆内阻和电化学内阻的总和，无法反映出电池内阻的组成成分及其具体量值。
发明内容
针对上述的不足，本发明提供了一种电池内阻成分组成的测试方法。
本发明采用脉冲放电测试法，测得电池具体的同步欧姆内阻，反应内阻，扩散内阻以及放电完成后的荷电状态内阻，以识别电池的实际内阻状态，更全面，准确地识别产线电池的问题，指导电池的设计改进和升级。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种电池内阻成分组成的测试方法，包括以下步骤：
S1:以一定速率控制拉载电流变化,对被测品进行控速拉载；
S2:实时采集被测品正负极之间动态拉载过程电压值，并绘制拉载过程电压动态变化曲线；
被测品会因为欧姆内阻的存在，会产生同步于拉载电流的欧姆压降U欧姆：
U欧姆＝u0-u1
S3：在动态曲线中取t0时刻的电压值u0和电流拉载至目标电流值t1时刻电压值u1，同放电电流差值做除法，即可得同步欧姆内阻阻值：
R欧姆＝U欧姆/I1＝(u0-u1)/(i1-i0)；
由于正负极间电化学反应速的影响，实际电压快速跌落时间要大于拉载电流稳定时间，该滞后于拉在电流出现的电压线性跌落为电池内反应内阻导致的电压降，该反应内阻产生的电压降是由材料反应的难易程度引起的。
U反应＝u2-u1
S4:在动态曲线中取t1时刻电压值u1和电压线性跌落终止t2时刻电压值u2，同放电电流差值做除法，即可得反应内阻阻值：
R反应＝U反应/I2＝(u1-u2)/(i2-i0)；
电池正负极间由扩散能力的设计决定的扩散电阻会分压获取更多的电压降，从而导致电池输出电压进一步下降：
U扩散＝u3-u2
S5：在动态曲线中取t2时刻电压值u2和电压跌落终止t3时刻电压值u3，同放电电流差值做除法，即可得反应内阻阻值：
R扩散＝U扩散/I3＝(u2-u3)/(i3-i0)；
终止放电过程，放电回路无放电电流后，电池电压会逐渐恢复至低于放电前的较高电压水平，此时由该放电过程导致的压降为：
USOC＝u0-u4
S6：该恢复状态内阻为电池当前荷电内阻状态，在动态曲线中取t0时刻电压值u0和电压跌落终止t4时刻电压值u4，同放电电流差值做除法，即可得当前荷电状态内阻阻值：
RSOC＝USOC/I4＝(u2-u3)/(I-i0)；
S7:根据电池不同内阻成因在拉载曲线各个阶段的特性，剥离并计算出各个特性内阻的参数状态，并以此参数来指导和调整电池的设计、整改方案。
进一步的，S2中采集被测品正负极之间动态拉载过程电压值的采样周期小于1us。
在电池设计领域，交流测试法和现有直流内阻测试法仅能片面的反应静态或整体的内阻状态，无法通过细分的内阻成分针对性地设计电池材料反应难易程度、正负极材料颗粒对扩散内阻以及整体内阻状态的影响。本专利提供的分段分类的内阻测试方法可对电池的该类过程设计提供针对性的试验结果。
本发明的有益效果是：现有交流内阻测试法，测得为单一的欧姆内阻，无法反应电池动态工作时的内阻状态；
现有直流内阻测试法，测得为动态放电后的RSOC，无法体现动态放电过程中，受电池极化影响的反应内阻和扩散内阻的实际状态；
本发明提供的测试方法，电池被测品是处于实际动态放电的工作过程中，电池的放电同步欧姆内阻(R欧姆)、反应内阻(R反应)、扩散内阻(R扩散)以及放电后荷电内阻(RSOC)均能测出。
附图说明
图1为本发明的测试动态曲线示意图；
具体实施方式
一种电池内阻成分组成的测试方法，包括以下步骤：
S1:以一定速率控制拉载电流变化,对被测品进行控速拉载；
S2:实时采集被测品正负极之间动态拉载过程电压值(采样周期小于1us)，并绘制拉载过程电压动态变化曲线；
被测品会因为欧姆内阻的存在，会产生同步于拉载电流的欧姆压降U欧姆：
U欧姆＝u0-u1
S3：在动态曲线中取t0时刻的电压值u0和电流拉载至目标电流值t1时刻电压值u1，同放电电流差值做除法，即可得同步欧姆内阻阻值：
R欧姆＝U欧姆/I1＝(u0-u1)/(i1-i0)；
由于正负极间电化学反应速的影响，实际电压快速跌落时间要大于拉载电流稳定时间，该滞后于拉在电流出现的电压线性跌落为电池内反应内阻导致的电压降，该反应内阻产生的电压降是由材料反应的难易程度引起的。
U反应＝u2-u1
S4:在动态曲线中取t1时刻电压值u1和电压线性跌落终止t2时刻电压值u2，同放电电流差值做除法，即可得反应内阻阻值：
R反应＝U反应/I2＝(u1-u2)/(i2-i0)；
电池正负极间由扩散能力的设计决定的扩散电阻会分压获取更多的电压降，从而导致电池输出电压进一步下降：
U扩散＝u3-u2
S5：在动态曲线中取t2时刻电压值u2和电压跌落终止t3时刻电压值u3，同放电电流差值做除法，即可得反应内阻阻值：
R扩散＝U扩散/I3＝(u2-u3)/(i3-i0)；
终止放电过程，放电回路无放电电流后，电池电压会逐渐恢复至低于放电前的较高电压水平，此时由该放电过程导致的压降为：
USOC＝u0-u4
S6：该恢复状态内阻为电池当前荷电内阻状态，在动态曲线中取t0时刻电压值u0和电压跌落终止t4时刻电压值u4，同放电电流差值做除法，即可得当前荷电状态内阻阻值：
RSOC＝USOC/I4＝(u2-u3)/(I-i0)；
S7:根据电池不同内阻成因在拉载曲线各个阶段的特性，剥离并计算出各个特性内阻的参数状态，并以此参数来指导和调整电池的设计、整改方案。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。
Claims (2)
1.一种电池内阻成分组成的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1:以一定速率控制拉载电流变化,对被测品进行控速拉载；
S2:实时采集被测品正负极之间动态拉载过程电压值，并绘制拉载过程电压动态变化曲线；
S3：在动态曲线中取t0时刻的电压值u0和电流拉载至目标电流值t1时刻电压值u1，同放电电流差值做除法，即可得同步欧姆内阻阻值：
U欧姆＝u0-u1
R欧姆＝U欧姆/I1＝(u0-u1)/(i1-i0)；
S4:在动态曲线中取t1时刻电压值u1和电压线性跌落终止t2时刻电压值u2，同放电电流差值做除法，即可得反应内阻阻值：
U反应＝u2-u1
R反应＝U反应/I2＝(u1-u2)/(i2-i0)；
S5：在动态曲线中取t2时刻电压值u2和电压跌落终止t3时刻电压值u3，同放电电流差值做除法，即可得反应内阻阻值：
U扩散＝u3-u2
R扩散＝U扩散/I3＝(u2-u3)/(i3-i0)；
S6：该恢复状态内阻为电池当前荷电内阻状态，在动态曲线中取t0时刻电压值u0和电压跌落终止t4时刻电压值u4，同放电电流差值做除法，即可得当前荷电状态内阻阻值：
USOC＝u0-u4
RSOC＝USOC/I4＝(u2-u3)/(I-i0)；
S7:根据电池不同内阻成因在拉载曲线各个阶段的特性，剥离并计算出各个特性内阻的参数状态，并以此参数来指导和调整电池的设计、整改方案。
2.根据权利要求1所述的电池内阻成分组成的测试方法，其特征在于：S2中采集被测品正负极之间动态拉载过程电压值的采样周期小于1us。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117590243A (zh) * | 2024-01-19 | 2024-02-23 | 清华四川能源互联网研究院 | 一种锂离子电池直流内阻分解方法及装置 |
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2020
- 2020-06-01 CN CN202010484449.5A patent/CN111474483A/zh active Pending
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| CN117590243A (zh) * | 2024-01-19 | 2024-02-23 | 清华四川能源互联网研究院 | 一种锂离子电池直流内阻分解方法及装置 |
| CN117590243B (zh) * | 2024-01-19 | 2024-03-29 | 清华四川能源互联网研究院 | 一种锂离子电池直流内阻分解方法及装置 |
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